JP2011169843A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップを招くことなく簡単な構成で磁気コアを静電シールドして高い検出精度を得ることができる電流センサを提供すること。
【解決手段】磁路の一部に間隙２が形成された環状の磁気コア３と、該磁気コア３の前記間隙２内に配置される感磁素子４が実装された回路基板５をケース６内に収容して成る電流センサ１において、前記回路基板５上にバネ形状のクリップ（金属部品）７を実装し、該クリップ７を前記磁気コア３の間隙２に臨む端面に当接させて磁気コア３と回路基板５上のアースパターンとを導通させるよう構成する。又、前記ケース６の内面にガイドレール９を取り付け、該ガイドレール９に沿って前記回路基板５をケース６内に組み込んで前記磁気コア３に対して位置決めする。そして、前記ガイドレール９に前記回路基板５が嵌合するガイド溝９ａを形成するとともに、該ガイド溝９ａの導入側端部を広げる。
【選択図】図５

Description

本発明は、磁気コアと感磁素子との組み合わせによって電流を検出する電流センサに関するものである。

各種電子機器や制御機器等を流れる電流を検出する電流センサとして、磁気コアとホール素子等の感磁素子とを組み合わせたものが小型で高性能であるために広く使用されている。

この種の電流センサは、磁路の一部に間隙（エアギャップ）が形成された環状の磁気コアと、該磁気コアの前記間隙内に配置される感磁素子が実装された回路基板をケース内に収容して構成されており、磁気コアの中央を貫通して配置された導体に流れる電流によって発生した磁束を磁気コアで収束させ、該磁気コアの間隙に配置された感磁素子によって間隙間を通過する磁束密度を検出し、検出した磁束密度を電圧に変換して導体を流れる電流を計測するものである。

ところで、斯かる電流センサにおいては、導体に印加される電圧によって磁気コア及び検出回路に静電誘導が起き、検出回路の出力信号にノイズが混入するための検出精度が低下することがある。例えば、図７（ａ）に示すような矩形パルス状の誘導電圧が導体に印加される場合、この電圧によって磁気コア及び検出回路に静電誘導が発生すると図７（ｂ）に示すように出力信号にノイズが混入する。

又、静電気印加によって磁気コアを介して半導体であるホール素子等の感磁素子が破壊されることがあった。

そこで、特許文献１には、金属板を磁気コアに圧接させてアース接続（接地）を行う構成が提案され、特許文献２には、磁気コアと回路基板上の接地用パターンとを導電性接着剤で固定してアース接続を行う構成が提案されている。

特許第３４０１３２０号公報 特開平９−１２７１５９号公報

しかしながら、特許文献１において提案されたように金属板等によって静電シールドすると前記問題の発生を抑えることができるが、構成部品が増えるために構造が複雑化するとともに、製造コストがアップするという問題がある。

又、特許文献２において提案された構成では、接触抵抗を低く抑えて確実にアース接続を行うためには、金属板をネジで締めたり、導電性接着剤の塗布等の工程が必要であるために製造コストがアップするという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、コストアップを招くことなく簡単な構成で磁気コアを静電シールドして高い検出精度を得ることができる電流センサを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、磁路の一部に間隙が形成された環状の磁気コアと、該磁気コアの前記間隙内に配置される感磁素子が実装された回路基板をケース内に収容して成る電流センサにおいて、前記回路基板上にバネ形状の金属部品を実装し、該金属部品を前記磁気コアの間隙端面に当接させて磁気コアと回路基板上のアースパターンとを導通させるよう構成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ケースの内面にガイドレールを取り付け、該ガイドレールに沿って前記回路基板をケース内に組み込んで前記磁気コアに対して位置決めすることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記ガイドレールに前記回路基板が嵌合するガイド溝を形成するとともに、該ガイド溝の導入側端部を広げたことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、回路基板上にバネ形状の金属部品を実装し、該金属部品を磁気コアの間隙端面に当接させて磁気コアと回路基板上のアースパターンとを導通させるだけで磁気コアが回路基板を介してアースに接続されるため、コストアップを招くことなく簡単な構成で静電誘導の発生を防ぐことができ、検出信号へのノイズの混入を抑えて高い検出精度を安定的に得ることができるとともに、静電気印加によるホール素子等の感磁素子の破壊を防ぐことができる。

請求項２記載の発明によれば、ケースの内面に取り付けられたガイドレールに沿って回路基板をケース内に組み込むことによって該回路基板が磁気コアに対して正確に位置決めされ、回路基板に実装された感磁素子が磁気コアの間隙に正確に配置されるとともに、バネ形状の金属部品が磁気コアの間隙端面に確実に当接して磁気コアと回路基板上のアースパターンとを導通させるために磁気コアのアース接続が確実に行われる。このため、回路基板のケースの組み込みが正確且つ短時間でなされる。

請求項３記載の発明によれば、回路基板のケース内への組み込みは、該回路基板をガイドレールのガイド溝に嵌め込んでそのまま移動させることによってなされるが、ガイド溝の導入側端部を広げたため、回路基板のガイド溝への嵌め込みが容易になされるとともに、回路基板に実装された感磁センサと金属部品が磁気コアの間隙の角に接触することによるこれらの損傷が防がれる。

本発明に係る電流センサの組立要領を示す斜視図である。 本発明に係る電流センサの組立要領を示す斜視図である。 本発明に係る電流センサの組立要領を示す斜視図である。 本発明に係る電流センサの磁気コアと回路基板の斜視図である。 （ａ），（ｂ）は本発明に係る電流センサの回路基板のケース内への組込要領をその工程順に示す側断面図である。 静電誘導ノイズ測定装置の基本構成図である。 （ａ）は導体への印加電圧を示す図、（ｂ）は従来の電流センサの出力信号を示す図、（ｃ）は本発明に係る電流センサの出力信号を示す図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１〜図３は本発明に係る電流センサの組立要領をその工程順に示す斜視図、図４は同電流センサの磁気コアと回路基板の斜視図、図５（ａ），（ｂ）は回路基板のケース内への組込要領をその工程順に示す側断面図である。

本発明に係る電流センサ１は、図１〜図３に示すように、磁路の一部に間隙（エアギャップ）２が形成された環状の磁気コア３と、該磁気コア３の前記間隙２内に配置されるホール素子等の感磁素子４が実装された回路基板（プリント基板）５を矩形ボックス状のケース６内に収容して構成されている。

上記磁気コア３は、例えばＣリング状に打ち抜き成形された複数枚の珪素鋼板を重合して構成され、その周回形状を有する磁路の一部には間隙２が形成されており、その中央を貫通して配置された不図示の導体に流れる電流に比例して発生する磁束を収束する機能を有している。

ホール素子等の前記感磁素子４は、図４及び図５に示すように、組付状態において磁気コア３の間隙２に位置するように回路基板５上に垂直に実装されており、磁気コア３の間隙２内を通過する磁束密度に比例する電気信号（電圧）を出力するものである。

前記回路基板５はＬ字状に成形されており、その表面には前述のように感磁素子４が垂直に実装されるとともに、該感磁素子４の隣接してバネ形状の金属部品であるクリップ７が実装されている。ここで、クリップ７は、内側に向けて弾性を有するＶ字状のバネ部材として構成されている。又、回路基板５の表面にはクリップ７に導通する不図示のアースパターンが配設されており、このアースパターンはグランドに接続されている。尚、回路基板５の裏面には、感磁素子４が出力する電気信号を処理（増幅や補正等）する信号処理回路等が実装されている。

前記クリップ７は、金属板の中央部を切り起こして成るバネ部７ａを有しており、後述のように回路基板５をケース６内に組み込んで収納すると、そのバネ部７ａが磁気コア３の間隙２に臨む端面に当接して磁気コア３と回路基板５上の前記アースパターンとを導通させるものである。

前記ケース６は、非導電性の樹脂によって矩形ボックス状に成形されており、その中央部には不図示の導体が貫通する矩形ダクト状の導体貫通部６ａが形成され、図１において手前が開口している。そして、このケース６の奥側の内面には、磁気コア３を受けるための複数の支持ブロック８が設けられている。

又、ケース６の側壁内面にはガイドレール９が回路基板５の挿入方向に沿って水平に突設されている。このガイドレール９には回路基板５の側端縁が嵌合するガイド溝９ａが形成されており、このガイド溝９ａの導入側端部（回路基板５を受け入れる側の端部）は図１の手前側に向かって広げられている。即ち、ガイドレール９の導入側端部の下方の部位９Ａが図１の手前側に向かって下方に傾斜するよう斜めに形成されている。

以上の構成を有する電流センサ１は以下の手順によって組み立てられる。

即ち、図１に示す状態から磁気コア３をその中央部にケース６の導体貫通部６ａを通すようにして手前側の開口部からケース６内に挿入し、その奥側をケース６内の支持ブロック８に嵌め込む。すると、磁気コア３は、図２に示すように、その上下左右がケース６に対して位置決めされた状態でケース６内に組み込まれる。

次に、図５（ａ）に示すように、回路基板５の側端縁をケース６の内面に突設されたガイドレール９のガイド溝９ａの幅の広い導入側端部から嵌め込む。このとき、ガイドレール９の導入側の端部の下方の部位９Ａが手前側（図５の下側）に向かって下方に傾斜しているため、回路基板５はこのガイドレール９の下方の部位９Ａに沿って斜めに嵌め込まれる。そして、回路基板５の側端縁をガイドレール９のガイド溝９ａに嵌め込んだ状態で該回路基板５をケース６内の奥側にそのまま押し込めば、回路基板５はガイドレール９に沿って移動して図３及び図５（ｂ）に示すようにケース６内の所定位置に収容され、図４及び図５（ｂ）に示すように、回路基板５上に実装された感磁素子４とクリップ７が磁気コア３の間隙２内に配置され、クリップ７はそのバネ部７ａが磁気コア３の間隙２に臨む端面に当接し、磁気コア３と回路基板５上のアースパターンとを導通させて磁気コア３を接地（アース）する。尚、ケース６内に磁気コア３と回路基板５が収納されると、ケース６の開口部は不図示の蓋によって塞がれるが、蓋には導体が貫通する矩形の貫通孔が形成されている。

而して、以上の要領によって組み立てられた電流センサ１のケース６の中央に設けられた導体貫通部６ａに導体を通し、この導体に電流を流すと、この電流によって発生する磁束が磁気コア３によって収束され、該磁気コア３の間隙２に配置された感磁素子４によって間隙２間を通過する磁束密度が検出される。そして、この検出された磁束密度は電圧に変換され、その電圧によって導体を流れる電流が計測される。

以上において、本発明に係る電流センサ１によれば、回路基板５上にバネ形状の金属部品であるクリップ７を実装し、該クリップ７を磁気コア３の間隙２の端面に当接させて磁気コア３と回路基板５上のアースパターンとを導通させるだけで磁気コア３が回路基板５を介してアースに接続されるため、コストアップを招くことなく簡単な構成で静電誘導の発生を防ぐことができ、検出信号へのノイズの混入を抑えて高い検出精度を安定的に得ることができるとともに、静電気印加によるホール素子等の感磁素子４の破壊を防ぐことができる。

ここで、図６に示すような静電誘導ノイズ測定装置を用いて電流センサ１にパルス発生器１０によって図７（ａ）に示すような矩形パルス状の誘導電圧を印加した場合に電流センサ１から出力される出力信号（電圧）をオシロスコープ１１によって測定した結果、図７（ｃ）に示すように出力信号へのノイズの混入が図７（ｂ）に示す従来のものに比して抑えられることが確認された。

又、本発明に係る電流センサ１によれば、ケース６の内面に取り付けられたガイドレール９に沿って回路基板５をケース６内に組み込むことによって該回路基板５が磁気コア３に対して正確に位置決めされるため、回路基板５に実装された感磁素子４が磁気コア３の間隙２に正確に配置されるとともに、バネ形状のクリップ７が磁気コア３の間隙２に臨む端面に確実に当接して磁気コア３と回路基板５上のアースパターンとを導通させるために磁気コア３のアース接続が確実に行われる。このため、回路基板５のケース６の組み込みが正確且つ短時間でなされる。

更に、本発明に係る電流センサ１によれば、回路基板５のケース６内への組み込みは、該回路基板５をガイドレール９のガイド溝９ａに嵌め込んでそのまま移動させることによってなされるが、ガイド溝９ａの導入側端部を広げたため、回路基板５のガイド溝９ａへの嵌め込みが容易になされるとともに、回路基板５に実装された感磁センサ４とクリップ７が磁気コア３の間隙２の角に接触することによるこれらの損傷が防がれるという効果が得られる。

１ 電流センサ
２ 磁気コアの間隙
３ 磁気コア
４ 感磁素子
５ 回路基板
６ ケース
６ａ ケースの導体貫通部
７ クリップ（金属部品）
７ａ クリップのバネ部
８ 支持ブロック
９ ガイドレール
９Ａ ガイドレールの下方の部位
９ａ ガイド溝
１０ パルス発生器
１１ オシロスコープ

Claims (3)

1. 磁路の一部に間隙が形成された環状の磁気コアと、該磁気コアの前記間隙内に配置される感磁素子が実装された回路基板をケース内に収容して成る電流センサにおいて、
   前記回路基板上にバネ形状の金属部品を実装し、該金属部品を前記磁気コアの間隙端面に当接させて磁気コアと回路基板上のアースパターンとを導通させるよう構成したことを特徴とする電流センサ。
2. 前記ケースの内面にガイドレールを取り付け、該ガイドレールに沿って前記回路基板をケース内に組み込んで前記磁気コアに対して位置決めすることを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
3. 前記ガイドレールに前記回路基板が嵌合するガイド溝を形成するとともに、該ガイド溝の導入側端部を広げたことを特徴とする請求項２記載の電流センサ。
   

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